Эффективность литиевых аккумуляторов вызывает больший интерес, поскольку они широко применяются в электромобилях, промышленных транспортных средствах, системах накопления энергии (ESS) и даже космических аппаратах. Потери энергии свойственны всем аккумуляторным батареям. Полученная после зарядки энергия всегда меньше той, что поступила из электрической сети.
Кулоновская, фарадеевская или зарядовая эффективность
Кулоновская эффективность (КЭ) обычно определяет КПД аккумулятора в режиме циклирования – это отношение извлеченного из аккумулятора заряда к введенному в аккумулятор заряду за полный цикл. Она показывает долю посторонних реакций во время зарядки, разрядки и переноса ионов.
Примечание: кулон – единица измерения электрозаряда, проходящего через сечение проводника при силе тока один ампер за одну секунду.
Некоторые факты о кулоновской эффективности литиевых батарей:
- При зарядке умеренным током и комнатной температуре она может превышать 99%. Паразитные реакции в литий-ионных аккумуляторных элементах не позволяют достичь полных 100%.
- Быстрая зарядка большим током снижает КЭ из-за потерь, связанных с приемом заряда и нагревом.
- Слишком медленная зарядка уменьшает КЭ из-за влияния саморазряда.
- При циклическом использовании КЭ литиевых батарей повышается. Некоторые эксперименты показали, что после 15 циклов в некоторых аккумуляторных элементах она возрастала с 99,1% до 99,5%, а после последующих 30 циклов – с 99,5% до 99,9%.
Фарадеевская эффективность свинцово-кислотных батарей составляет около 90%. NiCd и NiMH аккумуляторы достигают 90% только при быстрой зарядке, медленная зарядка снижает показатель до 70%. Наилучшие показатели для всех аккумуляторных батарей достигаются в диапазоне состояния заряда (SoC) от 30 до 70%. В процессе старения аккумуляторных элементов КЭ постепенно снижается.
Вольтаическая эффективность
Здесь вычисляют отношение среднего напряжения разряда к среднему напряжению заряда. Потери происходят из-за того, что напряжение заряда всегда выше номинального напряжения для активации химреакции внутри аккумуляторных элементов.
Энергетическая эффективность
Энергоэффективность литий-ионных аккумуляторов связана со скоростью заряда и разряда. При заряде 0,05C в течение 20 часов энергоэффективность составляет 99 %, при 0,5C она снижается до 97%, а при 1С падает еще ниже.
В реальных условиях энергоэффективность литиевой батареи Tesla Roadster составляет 86%. Сверхбыстрая зарядка негативно сказывается как на энергоэффективности, так и на сроке службы.